朱英偉 李立志 馬曉峰 劉江浩

地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)

朱英偉 李立志 馬曉峰 劉江浩

在地鐵工程盾構(gòu)法區(qū)間隧道施工中，始發(fā)和接收過程是整個(gè)工程中的關(guān)鍵工序，也是難度最大、風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)，尤其是盾構(gòu)接收過程尤為明顯。文章通過東莞地鐵2號(hào)線某區(qū)間首次采用的鋼套筒接收盾構(gòu)技術(shù)的成功應(yīng)用，闡述鋼套筒盾構(gòu)接收的技術(shù)原理、組裝流程、接收工藝。

地鐵；盾構(gòu)接收；鋼套筒；技術(shù)應(yīng)用

1 工程概況

東莞地鐵2號(hào)線某標(biāo)段盾構(gòu)機(jī)在珊美站接收并吊出，吊出井所處的地質(zhì)條件主要是中砂層，隧道底部局部有全風(fēng)化含礫砂巖和強(qiáng)風(fēng)化含礫砂巖，隧道頂部有約4 m的粗砂層，距離接收井約150 m處有排洪渠。由于地質(zhì)條件差，所以端頭加固方案采用素混凝土連續(xù)墻+雙重管旋噴樁進(jìn)行加固。珊美站端頭加固后，通過垂直鉆孔和水平鉆孔的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)地下水量比較大，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)，易出現(xiàn)涌水涌砂的情況，可能導(dǎo)致比較大的風(fēng)險(xiǎn)：①由于本盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度9.8 m，而加固體只有10 m，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收時(shí)，盾尾只進(jìn)入加固體80 cm，而且隧道又處于易透水的砂層；②隨著河道水位的提高，地下水位的高度已經(jīng)超過了加固體的高度，大量地下水從加固體頂部滲透；③加固體的素混凝土連續(xù)墻與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)墻之間，由于施工工藝限制，2道連續(xù)墻之間會(huì)存在空隙。為此，項(xiàng)目部研究決定采用盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)。

2 盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)

盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)是在盾構(gòu)接收端頭井提前安裝1個(gè)內(nèi)徑大于盾構(gòu)機(jī)外徑的拼裝式密閉桶狀鋼結(jié)構(gòu)套筒，并在鋼套筒內(nèi)填入碎石、細(xì)砂、膨潤(rùn)土、水泥等填充料，形成1個(gè)外延箱體，密閉后以抵抗平衡地下水土壓力，使盾構(gòu)接收全過程在鋼套筒內(nèi)完成，最終盾構(gòu)完全推進(jìn)至鋼套筒內(nèi)，完成盾構(gòu)接收（圖1）。

圖1 鋼套筒接收盾構(gòu)示意圖 （單位：mm）

本項(xiàng)目依據(jù)盾構(gòu)機(jī)的尺寸和接收井的情況，鋼套筒采用16 mm厚A3鋼板制成，筒體部分長(zhǎng)9.9 m，內(nèi)徑6.5 m，共分A塊（底座部分，每段3.3 m）、B塊（上部側(cè)面2段）和C塊（正上方1段）3部分，每段及上下部分均加焊法蘭端面并用高強(qiáng)螺栓連接，中間有密封條。鋼套筒與洞門環(huán)板之間通過500 mm厚過渡環(huán)連接，鋼套筒反力通過基準(zhǔn)環(huán)進(jìn)行承載受力，基準(zhǔn)環(huán)位于反力架和鋼套筒之間。為了封閉鋼套筒，用封蓋與基準(zhǔn)環(huán)進(jìn)行連接（圖2）。

圖2 鋼套筒結(jié)構(gòu)示意圖

3 鋼套筒組裝

3.1 主體部分連接

（1）在開始安裝鋼套筒之前，首先在基坑里確定出井口盾構(gòu)體中心線，也就是鋼套筒的安裝位置，使從地面上吊下來的A塊底座鋼套筒力求一次性放到位，通過千斤頂進(jìn)行微調(diào)，確保螺栓連接的準(zhǔn)確性。

（2）B塊與A塊的連接。注意吊點(diǎn)的選取以及各塊之間密封條的安裝，保證連接后的密封性。

（3）鋼套筒過渡連接板與洞門環(huán)板的連接。過渡連接板與洞門環(huán)板相接觸后，要檢查2個(gè)平面是否全部能夠連接，如有空隙需填充鋼板并與過渡板焊接牢固，務(wù)必將空隙盡可能地堵住，要求過渡連接板與洞門環(huán)板雙面滿焊。

（4）基準(zhǔn)環(huán)與A、B塊的連接。基準(zhǔn)環(huán)上下部分分別與A、C塊進(jìn)行連接，確保螺栓、密封的安裝可靠。

（5）安裝封蓋。在安裝最上方部分C塊之前，安裝最端部的封蓋使之與基準(zhǔn)環(huán)進(jìn)行連接。

（6）安裝最上方部分C塊。其他部分安裝完畢后，進(jìn)行C塊的安裝，此時(shí)，需要注意用倒鏈葫蘆將B塊進(jìn)行微調(diào)，保證C塊的安裝空間，最后再復(fù)緊所有連接螺栓。

圖3為組裝后的鋼套筒。

3.2 反力架與支撐安裝

安裝反力架時(shí)，首先應(yīng)在基坑里定好位，然后根據(jù)井口面與洞門中心的標(biāo)高，在地面上先割去反力架立柱下端多出的部分（約250 mm），使其能更好地適用于標(biāo)高不同的基坑，之后在地面上安裝好反力架。反力架與基準(zhǔn)環(huán)通過20個(gè)60 t的千斤頂進(jìn)行緩沖過渡，千斤頂初始?jí)毫s10 MPa，總反力約為600 t。千斤頂設(shè)置有液控互鎖閥，隨著盾構(gòu)機(jī)向外推移的推力增加其提供的反作用力也相應(yīng)增加。

反力架支撐安裝時(shí)，依據(jù)接收井結(jié)構(gòu)上下位置安裝水平撐和兩側(cè)斜撐，確保反力架的穩(wěn)固。圖4為反力架安裝完畢圖。

圖3 組裝后的鋼套筒

圖4 安裝完畢的反力架

3.3 鋼套筒填料與試驗(yàn)

鋼套筒內(nèi)部需要填充物料并建立與盾構(gòu)機(jī)在該位置土壓相一致的壓力，填充材料的選擇應(yīng)注意最下方碎石填充在套筒底部30 cm高范圍內(nèi)，約20 m3，其余空間填充砂，這樣可以保證刀盤掘削時(shí)不至于因?yàn)樵O(shè)備下沉而引起碰觸套筒內(nèi)壁的現(xiàn)象。另外，填充料的時(shí)間可以選擇在安裝C塊之前，或者通過C塊上方的填料孔插入導(dǎo)管進(jìn)行填料。

通過上方預(yù)留的球閥向套筒內(nèi)部加水試驗(yàn)密閉情況，如果壓力能夠達(dá)到100 kPa，則停止加水，并維持壓力穩(wěn)定，如水壓達(dá)不到100 kPa，則將水管解開，利用空壓機(jī)向鋼套筒內(nèi)加氣壓，直至壓力達(dá)到100 kPa為止。之后，對(duì)各個(gè)連接部分進(jìn)行檢查，包括洞門連接板、鋼套筒環(huán)向與縱向連接位置、后端蓋板的連接處有無漏水，檢查反力架支撐的各個(gè)焊縫位置有無脫焊情況。一旦發(fā)現(xiàn)有漏水或焊縫脫焊情況，必須馬上進(jìn)行卸壓并及時(shí)處理，上緊螺栓或重新焊接。完成后再進(jìn)行加壓，直至壓力穩(wěn)定在100 kPa，且未發(fā)現(xiàn)有漏點(diǎn)后方可進(jìn)行卸壓，準(zhǔn)備盾構(gòu)機(jī)出洞。

4 盾構(gòu)機(jī)接收

（1）在盾構(gòu)機(jī)通過洞門時(shí)，掘進(jìn)速度應(yīng)控制在10 mm/min以下，刀盤轉(zhuǎn)速也要不易過大，控制在0.6～1rad/min之間，推力應(yīng)控制在1 000 t以內(nèi)為宜，尤其在頂推最后1道連續(xù)墻時(shí)速度以3 mm/min為宜，以免速度過快造成部分墻體的倒塌對(duì)套筒造成損壞。

（2）在盾構(gòu)接收進(jìn)入鋼套筒時(shí)，必須嚴(yán)格控制土壓力，盡量減少土壓上下波動(dòng)。操作時(shí)根據(jù)埋深及承壓水水頭壓力計(jì)算土壓設(shè)定值，并在實(shí)際推進(jìn)時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。操作時(shí)不宜隨意降低土壓，否則會(huì)出土量過大，引起盾構(gòu)扎頭以及后方承壓水竄入刀盤前方，導(dǎo)致盾構(gòu)無法正常推進(jìn)。也不可隨意增大土壓，造成鋼套筒破壞引發(fā)事故。

（3）時(shí)刻觀察盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)略微抬頭的趨勢(shì)進(jìn)行，控制好分區(qū)油壓。盾構(gòu)機(jī)出洞姿態(tài)建議保持平面偏差在±10 mm以內(nèi)，豎向保持在30 mm。盾構(gòu)接收姿態(tài)控制：前盾水平15 mm，垂直30 mm；后盾水平15 mm，垂直5 mm；俯仰角3 mm/m。

（4）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入鋼套筒的過程中應(yīng)注意安排專人監(jiān)視鋼套筒的側(cè)移情況，仔細(xì)檢查鋼套筒百分表和頂撐油缸壓力的數(shù)值，若壓力增大明顯，需停止掘進(jìn)，查明原因；檢查鋼套筒各連接部位的密封狀況是否良好，如出現(xiàn)涌水涌砂則要停止掘進(jìn)進(jìn)行封堵。

（5）待盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入密封鋼套筒后，先對(duì)盾尾后5環(huán)管片進(jìn)行補(bǔ)充注漿，確保隔斷端頭與鋼套筒的水力聯(lián)系，然后排空鋼套筒內(nèi)泥漿，打開加料孔以及下方6個(gè)排水閥試水，最后工作人員需進(jìn)入土倉查看內(nèi)部情況，確認(rèn)無誤后拆解密封鋼套筒吊出盾構(gòu)機(jī)。

5 結(jié)論

此次盾構(gòu)鋼套筒接收為東莞地鐵首次使用的盾構(gòu)接收新工藝，其成功應(yīng)用確保了隧道的全線貫通。盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)因其具有較好的安全性、可靠性、高效性、經(jīng)濟(jì)、低碳等特點(diǎn)而被越來越多的施工單位所重視，具有很好的推廣價(jià)值。

（1）施工安全性好，可在大深度、高水壓、地質(zhì)復(fù)雜條件下進(jìn)行盾構(gòu)接收工作。

（2）通過對(duì)鋼套筒進(jìn)行密封處理，可以使盾構(gòu)接收過程完全密閉，以抵抗后部承壓砂層地下水土壓力。

（3）通過對(duì)鋼套筒內(nèi)填充料的優(yōu)化，提高了鋼套筒接收施工的速度及可操作性。

（4）對(duì)鋼套筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了鋼套筒造價(jià)及安裝成本。

（5）鋼套筒采用分節(jié)拼裝，使施工便利、安裝時(shí)間縮短，并且可以周轉(zhuǎn)重復(fù)使用。

（6）盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)節(jié)省了常規(guī)盾構(gòu)機(jī)接收需要施作加固區(qū)的費(fèi)用約150余萬元，不對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成破壞，具有較好的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。

（7）盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)解決了不能施作加固區(qū)特殊情況下的盾構(gòu)出洞難題。

[1] 廣東華隧建設(shè)股份有限公司．一種用于盾構(gòu)密閉始發(fā)及到達(dá)的裝置：中國(guó)，200920058408.9 [P]. 2009-12-23.

[2] 郭清華，易覺. 盾構(gòu)密閉始發(fā)及到達(dá)裝置的節(jié)能應(yīng)用效益[J]. 盾構(gòu)工程，2012（1）.

[3] 周文波. 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[4] 楊家斌. 實(shí)用五金手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

責(zé)任編輯 朱開明

Installation Technology of Metro Shield Steel Sleeve

Zhu Yingwei, Li Lizhi, Ma Xiaofeng, et al.

In the metro shield tunnel construction, originating and arriving process is a key step for whole project, and it is also most difficult and highest risky link, especially shield arriving process is particularly diffi cult. The paper describes the successful application of shield steel sleeve arriving technology in Dongguan metro line 2 and the technology principle, assembly process and arriving process of steel sleeve shielding.

metro, shield arriving process, steel sleeve, technology application

U455.43

2014-01-26

朱英偉：中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，工程師，北京 100142